可控硅基礎(chǔ)知識講座

可控硅基礎(chǔ)知識講座第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一單向可控硅等效結(jié)構(gòu)第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一單向可控硅晶體管模型第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一KG玻璃鈍化玻璃鈍化單向可控硅平面和縱向結(jié)構(gòu)第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一柵極懸空時，BG1和BG2截止,沒有電流流過負載電阻RL。柵極輸入一個正脈沖電壓時,BG2道通，VCE(BG2)下降，VBE(BG1)升高。正反饋過程使BG1和BG2進入飽和道通狀態(tài)。電路很快從截止狀態(tài)進入道通狀態(tài)。由于正反饋的作用柵極沒有觸發(fā)將保持道通狀態(tài)不變。

可控硅工作原理-導通第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一可控硅工作原理-截止陽極和陰極加上反向電壓BG1和BG2截止。加大負載電阻RL使電路電流減少BG1和BG2的基電流也將減少。當減少到某一個值時由于電路的正反饋作用，電路翻轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)。這個電流為維持電流。

第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一關(guān)閉電流（IL)單向可控硅I-V曲線正向?qū)妷海╒TM)正向?qū)娏?IT)正向漏電流（Idrm)擊穿電壓(Vdrm)反向漏電流（Irm)擊穿電壓(Vrm)維持電流（IH)閉鎖電流（IL）第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一單向可控硅反向特性條件：控制極開路，陽極加上反向電壓時分析：J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。當J1，J3結(jié)的雪崩擊穿后，電流迅速增加，如特性OR段所示，彎曲處的電壓URRM叫反向轉(zhuǎn)折電壓，也叫反向重復峰值電壓。結(jié)果：可控硅會發(fā)生永久性反向擊穿。

第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一單向可控硅正向特性條件：控制極開路，陽極加正向電壓分析：J1、J3結(jié)正偏，J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，如特性OA段所示，彎曲處的是UDRM叫：正向轉(zhuǎn)折電壓，也叫斷態(tài)重復峰值電壓。結(jié)果：正向阻斷狀態(tài)。第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一單向可控硅負阻特性及導通條件：J2結(jié)的雪崩擊穿分析：J2結(jié)的雪崩擊穿后J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降。結(jié)果：出現(xiàn)所謂負阻特性正向?qū)l件：電流繼續(xù)增加分析：J1、J2、J3三個結(jié)均處于正偏，它的特性與普通的PN結(jié)正向特性相似，結(jié)果：可控硅便進入正向?qū)щ姞顟B(tài)---通態(tài)，第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一單向可控硅觸發(fā)導通條件：控制極G上加入正向電壓分析：J3正偏，形成觸發(fā)電流IGT。內(nèi)部形成正反饋，加上IGT的作用，圖中的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。結(jié)果：可控硅提前導通。第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一狀態(tài)

條件說明從關(guān)斷到導通

1、陽極電位高于是陰極電位

2、控制極有足夠的正向電壓和電流

兩者缺一不可

維持導通

1、陽極電位高于陰極電位

2、陽極電流大于維持電流

兩者缺一不可

從導通到關(guān)斷

1、陽極電位低于陰極電位

2、陽極電流小于維持電流

任一條件即可

單向可控硅導通和關(guān)斷條件第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一單向可控硅電參數(shù)序號

參數(shù)

符號1額定通態(tài)峰值電流IT(RMS)2額定通態(tài)平均電流

IT(AV)3不重復通態(tài)浪涌電流IT(TSM)4斷態(tài)重復峰值電壓VDRM5反向重復峰值電壓VRRM6斷態(tài)重復平均電流

IDRM7反向重復平均電流

IRRM8通態(tài)平均電壓VTM9控制極觸發(fā)電流IGT10控制極觸發(fā)電壓VGT第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一單向可控硅電參數(shù)序號

參數(shù)

符號11門極（觸發(fā)極）峰值電流I(GM)12門極（觸發(fā)極）峰值電壓V(GM)13門極（觸發(fā)極）反向峰值電壓V(RGM)14門極（觸發(fā)極）峰值功耗P(GM)15門極（觸發(fā)極）平均功耗PG

(AV)16斷態(tài)電壓換向變化率dVD/dt17通態(tài)電流換向變化率dIT/dt18控制極觸發(fā)導通時間tgt19維持電流

IH20關(guān)閉電流

IL第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一雙向可控硅等效結(jié)構(gòu)第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一雙向可控硅觸發(fā)模式第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一雙向可控硅觸發(fā)命名第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一雙向可控硅平面和縱向結(jié)構(gòu)T1G第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一銅芯線電流估算雙向可控硅I-V曲線第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一雙向可控硅優(yōu)缺點優(yōu)點：雙向可控硅可以用門極和T1間的正向或負向電流觸發(fā)。因而能在四個“象限”觸發(fā)缺點：1.高IGT->需要高峰值IG。2.由IG觸發(fā)到負載電流開始流動，兩者之間遲后時間較長–>要求IG維持較長時間。3.低得多的dIT/dt承受能力—>若控制負載具有高dI/dt值（例如白熾燈的冷燈絲），門極可能發(fā)生強烈退化。4.高IL值（1-工況亦如此）—>對于很小的負載，若在電源半周起始點導通，可能需要較長時間的IG，才能讓負載電流達到較高的IL。第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一雙向可控硅誤導通（a）電子噪聲引發(fā)門極信號在電子噪聲充斥的環(huán)境中，若干擾電壓超過VGT，并有足夠的門極電流，就會發(fā)生假觸發(fā)，導致雙向可控硅切換。(b)超過最大切換電壓上升率dVCOM/dt當負載電流過零時雙向可控硅發(fā)生切換，由于相位差電壓并不為零，這時雙向可控硅須立即阻斷該電壓。產(chǎn)生的切換電壓上升率若超過允許的dVCOM/dt，會迫使雙向可控硅回復導通狀態(tài)。因為載流子沒有充分的時間自結(jié)上撤出。（c）超出最大的切換電流變化率dICOM/dt過高的dIT/dt可能導致局部燒毀，并使MT1-MT2短路。高dIT/dt承受能力決定于門極電流上升率dIG/dt和峰值IG。較高的dIG/dt值和峰值IG(d)超出最大的斷開電壓變化率dVD/dt若截止的雙向可控硅上（或門極靈敏的閘流管）作用很高的電壓變化率，盡管不超過VDRM（見圖8），電容性內(nèi)部電流能產(chǎn)生足夠大的門極電流，并觸發(fā)器件導通。門極靈敏度隨溫度而升高。第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一三象限（無緩沖）雙向可控硅

3Q雙向可控硅具有和4Q雙向可控硅不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它在門極沒有臨界的重疊結(jié)構(gòu)。這使它不能在3+象限工作，但由于排除了3+象限的觸發(fā)，同時避開了4Q雙向可控硅的缺點。由于大部分電路工作在1+和3-象限（用于相位控制），或者工作在1-和3-象限（用于簡單的極性觸發(fā)，信號來自IC電路和其它電子驅(qū)動電路），因而和所取得的優(yōu)點比較，損失3+象限的工作能力是微不足道的代價。3Q雙向可控硅為初始產(chǎn)品制造廠帶來的好處1.高dVCOM/dt值性能,不需緩沖電路2．高dVD/dt值性能,不需緩沖電路3.高dICOM/dt值性能，不必串聯(lián)電感第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一雙向可控硅的命名BT

134–600

E

前綴字母表示：B：雙向T：三端BT：三端雙向可控硅，全部非絕緣型電流值表示：131=1A134=4A136=4A137=8A138=12A139=16A電壓值表示：400=400V600=600V800=800V1000=1000V1200=1200V觸發(fā)電流表示：D：IGT1-3≤5mAIGT4≤10mAE：IGT1-3≤10mAIGT4≤25mAF：IGT1-3≤25mAIGT4≤70mAG：IGT1-3≤50mAIGT4≤100mA第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一前綴字母表示：B：雙向T：三端BT：三端雙向可控硅封裝性能表示：A：絕緣型B：非絕緣型電流值表示：04=4A06=6A08=8A10=10A12=12A16=16A24=24A41=40A電壓值表示：400=400V600=600V800=800V1000=1000V觸發(fā)電流表示：B：IGT1-3≤50mAIGT4≤100mAC：IGT1-3≤25mAIGT4≤50mABW：IGT1-3≤50mACW：IGT1-3≤35mASW：IGT1-3≤10mATW：IGT1-3≤5mAW表示三象限BT

A

04–600

B

雙向可控硅的命名第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一可控硅可控硅—十條黃金規(guī)則規(guī)則1.為了導通閘流管（或雙向可控硅），必須有門極電流≧IGT，直至負載電流達到≧IL。這條件必須滿足，并按可能遇到的最低溫度考慮。規(guī)則2.要斷開（切換）閘流管（或雙向可控硅），負載電流必須<IH,并維持足夠長的時間，使能回復至截止狀態(tài)。在可能的最高運行溫度下必須滿足上述條件。規(guī)則3.設計雙向可控硅觸發(fā)電路時，只要有可能，就要避開3+象限（WT2-，+）。規(guī)則4.為減少雜波吸收，門極連線長度降至最低。返回線直接連至MT1（或陰極）。若用硬線，用螺旋雙線或屏蔽線。門極和MT1間加電阻1kΩ或更小。高頻旁路電容和門極間串接電阻。另一解決辦法，選用H系列低靈敏度雙向可控硅。規(guī)則5.若dVD/dt或dVCOM/dt可能引起問題，在MT1和MT2間加入RC緩沖電路。若高dICOM/dt可能引起問題，加入一幾mH的電感和負載串聯(lián)。另一種解決辦法，采用Hi-Com雙向可控硅。第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期一可控硅—十條黃金規(guī)則規(guī)則6.假如雙向可控硅的VDRM在嚴重的、異常的電源瞬間過程中有可能被超出，采用下列措施之一：負載上串聯(lián)電感量為幾μH的不飽和電感，以限制dIT/dt；用MOV跨接于電源，并在電源側(cè)增加濾波電路。規(guī)則7.選用好的門極觸發(fā)電路，避開3+象限工況，可以最大限度提高雙向可控硅的dIT/dt承受能力。規(guī)則8.若雙向可控硅的dIT/dt有可能